运动控制技术在机械工业自动化中的应用

摘要：在现代科学技术不断进步的大环境下，传统产业受高新技术的影响，获得了进一步的优化发展。在这种环境的影响下，机械工作这个传统产业也慢慢开展了一场大规模的机电一体化技术改革。因为电子计算机技术、电子电力技术、传感器技术的飞速发展，各国的机电一体化产品不断涌现。运动控制技术是机电一体化中的重要构成部分，其在当前也获得了较好的发展。文章重点介绍了计算机控制器技术、全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术以及运动控制卡技术多项极具象征性的新技术，而后对今后的发展方向进行了展望。

关键词：机电一体化;机械工业自动化;运动控制技术

中图分类号：TH-39  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）04-0000-00

0 引言

由于受到高新技术产业发展趋势的影响，传统产业获得新的革新发展机遇。机械工业作为一个传统产业，新技术的应用令其产品结合和生产结构方面出现了巨大改变。微计算机技术与微电子技术的进一步发展，加快了机械工业实现自动化发展的速度。机电一体化技术持续性的改革，让机电一体化产品在一定时间段都会有全新进展。在现代生活与生产中，机电一体化技术起到了非常重要的作业，进一步提高了人们的生活水平和工作效率，减少了材料消耗，提高了企业的核心竞争力。

1 机械自动化技术分析

伴随着数控技术与工业自动化技术的持续发展，随之衍生了运动控制技术，其是通过对机械运动部件的速度与位置等进行实时管控，让机械设备根据既定的运动参数，实现运动任务。运动控制器最初形态是可独立运作的专用控制器，具有能够独立完成运动控制功能、人机交互功能以及工艺技术要求等诸多功能。

国内工业的迅猛发展离不开现代机械研发与制造领域发展，通过在工业领域中运用各项新技术与新型机械设备，实现了推进我国工业进一步发展改革的效果。各项新型技术与新型机械设备的推广程度与应用效果，成为了一种衡量相关企业发展情况的标准。从某种角度上来说，在机械工业领域中，机械自动化的高效运用已经成为了重要的发展目标之一。

从一定程度上来说，应用机械自动化技术令机械生产过程实现了自动化与智能化，从而有效减少了生产过程中的人力成本和物力成本，同时提高了生产效率以及对资源的利用率，可以较好的推进企业产业结构的调整。不仅如此，企业生产中运用机械自动化技术，在投入同等的生产资料的情况下，可以具有更高的产出，有效提高了企业的经济效益，并且还可以确保机械设备在智能化控制系统的管理下，实现自动化运作。而且智能化监管系统能够实时监控机械设备的运行状态，可以在第一时间发现隐藏的机械故障，并及时进行修复，以此为机械设备的稳定、高效运行提供保障[1]。此外，从国内机械工业总体来看，传统的机械生产模式是一种粗放式生产模式，只能通过数量来弥补质量上的不足。如此一来，企业生产就容易出现资源与能源浪费情况，从而降低经济效益。机械自动化技术运用于生产中，有助于创新并改进传统生产模式，从而在投入相同的资源与能源情况下，大幅提高工业产出，并有效节约资源。

当前工业领域中，主要应用到了各种机械制造技术，同时在生产方面促使相关机械设备逐渐实现了自动化，进而让工业生产制造实现了连续化，让工业生产效率始终保持在较高水平。随着计算机技术与相关的传感技术进一步的融合发展，不仅为机械自动化技术在工业领域中的运用提供了强大动力，让工业生产各环节实现了有效的监管与控制，还令此项技术获得了进一步的创新与优化，让其的实用性获得加强[2]。特别是此项技术使用发展过程中和更多科技深度结合后，获得了更加广阔的发展空间，让传统工业领域出现巨大变革，并且在机械自动化技术的推进下获得了更好的发展。

但尽管自动化技术具有显著优势，并且因为在工业领域内获得广泛运用，促使工业生产实现了自动化、智能化及便捷化，但也正因为此，致使我国工业领域生产过度依赖自动化技术，加之受内外部各方面因素的影响。除此之外，也有一些企业生产并不热衷于自动化技术，在生产中较少运用自动化技术，使自动化技术的有效运用受到限制。因此，企业需要加强重视自身自动化技术的运用和发展动因，从而采取对应的措施来消除不利因素带来的影响，进而促使社会生产实现自动化。当然，自动化技术并不是完全成熟的，还存在些许不足，無法完全代替人工生产。因此，工业领域在重视自动化技术的运用同时，同样需要重视人工生产，把自动化技术与人工生产相结合，进一步提高社会生产能力。

2 机械自动化中运动控制新技术的应用

机械自动化技术在不断的发展，相关的机电一体化在化工机械、冶金机械等行业中的重视度也日益提高。但是运动控制技术在机电一体化技术中，又属重要构成部分，在机械自动化技术中运用该项技术，可以促使运动控制技术实现多元化发展。

2.1 计算机控制技术的应用

可编程计算机控制技术在我国历经了三十多年的发展历程，并慢慢变成了一种比较完善的技术，同时随着和计算机技术与微电子的结合，演变成了更为新型的可编程序计算机控制器技术。相对比传统控制器技术，这种技术可以更好的实现多重任务分时与即时操作、应用软件多样化设计。不再是以往单任务分别以时钟扫描、监控程序为基础处理自身和外部指令、信号状态采集的过程，可编程计算机控制器技术大幅度提高了处理速度，符合信号出入通道实时性要求。依靠多任务分时处理运行平台，程序长短将不是运行周期受影响的主控因素，而更多是循环周期，可以更好的体现实时性要求[3]。因此说，可编程计算机控制器技术对行业工程应用软件开发有着较大帮助，在如数据采集和实时通信等方面具有快速、高效、相互独立的优势。

2.2 全闭环交流伺服驱动技术的应用

应用数字式交流伺服驱动技术能够让精准度显著提高，从而更加符合数字化控制模式的发展形势。全闭环伺服驱动技术按照实现的手段和方式可以分为两大类：

（1）通过电机实现全闭环控制。使用通讯型伺服驱动器和绝对值型伺服电机来实现全闭环自动运行，PLC或运动控制器通过通讯的方式控制驱动器指令让电机运行至预设的位置，驱动器通过通讯反馈及负反馈确定电机的实时位置。缺点是仅仅能够保障电机运行到预设定位的位置，而机械结构和传动机构实际有没有到位不能够保证，而且由于机械结构和传动机构的加工和运行误差问题，不能确保实现高精度定位[4]。

（2）通过机械实现全闭环控制。通过在电机负载侧的移动机构上加装绝对值编码器（圆周运动机构）或位移传感器（直线运动机构），通过应用PLC技术或运动控制器技术选择PID算法及控制器的方式，对伺服驱动器采用速度模式控制，并由外部的绝对值编码器或位移传感器反馈负反馈机械结构当前的实际位置来实现全闭环的方式。这种方式可以更加准确的实现全闭环，提高运行精度和效率，不受加工精度和传动机构运行精度的影响，更加准确控制预设的运动位置。因为在调试时不断的要对PID参数进行修正和调整，调试过程相对繁琐，但其定位精度较高，可以实现更高的定位精度。

2.3 直线电机驱动技术应用

近些年来，数字化加工中心和数控机床的进给系统中普遍应用了直线电机驱动技术，同时获得机电行业的认同。尤其是在西欧发达国家工业领域中，掀起了一场“直线电机热”。对比以往的旋转电机传动而言，数字化加工中心与数控机床进给系统设计中采用了直线电机用于直接驱动，具有的最大优势就是消除了由电机旋转动力通过丝杠等传动机构转换成工作台进给直线运动环节，直线电机能够将电力直接转换作为进给直线运动的动力，这种传动方式也因此称作“零传动”[5]。这种方式的运用，让机床创新获得了原本旋转电机驱动形式难以具备的优势与功能。而所具备的优势与功能主要体现在几方面：

（1）快速反应。因为伺服系统中不再具有部分反应时间比较久的机械传动件，这大幅度提高了全闭环控制系统整体的效率，更加直接且快速;

（2）高精度。直线电机驱动不再具有因为丝杠传动系统制造与装配精度问题而导致出现加工误差与间隙问题，插补运动中因传动系统而可能出现的跟踪误差被减少，通过直线定位检测反馈控制方式，使机床的进给精度大幅度提升;

（3）高传动刚度。因为采取直接驱动方式在进行气动、变速、换向过程中，不会由于丝杠过细过长引起变形，丝杠丝母长期运行产生磨损导致间隙过大而出现进给精度下降的情况，有效提高了传动系统的刚性;

（4）行程长度不再受限。导轨采用串联直线电机，能够不受限制的延长导轨的行程长度，具备了以往间接驱动系统不能比较的优越性;

（5）噪音小。机床运行中产生的噪音必须远小于国家有关部门发布的最大分贝要求，最大程度的保护操作工人的身体健康。采取直接电机驱动系统因为消除了丝杠运行中产生的机械噪音，并且其导轨也采取滚动导轨与磁悬浮导轨，所以在一定程度上减少了运动中的噪音;

（6）效率高。去除了机械中间环节，机械传动摩擦发热而出现能力损耗的情况不再出现，传动效率大大提高。

2.4 运动控制卡技术应用

此项技术主要在各类运动控制中的上位控制单元方面获得应用，其是机械工业自动化发展中的一种运动控制新技术，和新型数控系统的各种指标和规范相符，并满足包装机械装备以及印刷设备这类硬件平台的改造需求，实现了个人计算机凭借此项技术齐全的功能特征。此项技术通常是将专业运动控制芯片当做运动控制的重点，一般情况下，运动控制卡与个人计算机会形成主从式控制结构。运动控制卡将相对开放的视窗操作系统或磁盘操作系统等当做控制系统，个人计算机就控制着运动轨迹规划、鼠标管理以及键盘管理等。此项技术具有结构开放优势，所以在机械制造工业自动化较多领域中获得应用[6]。

3 今后的发展方向

3.1 大环境的影响

我国工业机械化程度已位于全球前几，各大行业都在进行机械化转型，逐步向着智能化前几，在国家大环境作用下，国内企业发展日新月异。运动控制技术有了更大的发展空间，有关专业人才开始从科班出来，且可以在企业环境下成长。运动控制技术在机械自动化中地位越发重要，运动控制将主要获得以上几方面的的发展。随着今后科学技术的发展，将会出现更加精密、高效率的运动控制技术[7]。

3.2 技术创新是发展的源动力

设备再精密、再先进也离不开人的设计和人的控制等，运动控制技术发展与应用都需要依靠人才。机械化实现从信息化向着智能化转型，今后还将会有更加先进的层次出来，这都离不开人的发展和培养。发展的最直接方式就是创新，特别是技术领域的创新，创新是技术持续领先的必要性方式。运动控制技术更加如此，需要加强创新，在提高精密度与效率的同时，增强整个配套的能力。

4 结语

总之，机械工业自动化就是把现代电子信息技术和智能化技术作为载体，从而让企业机械制造可以获得又一次技术创新，实现自动化处理，可以在大幅度节省人力成本的同时，让机械设备的生产效率也随之提高。机械自动化当中所运用的运动控制新技术，让机械工业生产水平获得进一步提高，且生产效率和经济效益都大幅度提升。运动控制技术的应用，是多项新型技术对传统工业技术的革新，让企业的竞争力和科学性都获得提高。在提升各行业生产效率，降低能源消耗方面，都有着重要作用，可以推进国内机械制造行业朝著更好的方向前进。

参考文献

[1] 段闪闪，刘晓光.机械工业自动化中的运动控制技术的运用研究[J].工程技术：文摘版，2019（8）：252.

[2] 潘琦，郑淮棱.机械工业自动化中的运动控制技术的运用研究[J].山东工业技术，2019（16）：27.

[3] 徐晓龙.机械工业自动化中的运动控制新技术[J].科学与财富，2019（2）：72.

[4] 王浩田.浅析机械工业自动化中运动控制新技术的应用[J].军民两用技术与产品，2018（14）：232.

[5] 王明強，逄明辉，吕春全.机械自动化中的运动控制新技术的应用探讨[J].名城绘，2018（9）：410.

[6] 吕燕.工业自动化运动控制技术的运用[J].电子技术与软件工程，2019（17）：109-110.

[7] 王英臣.PLC技术的工业自动化控制研究[J].科学技术创新，2020（18）：151-152.

收稿日期：2021-02-10

作者简介：王天宇，男，河北石家庄人，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。

Application of Motion Control Technology in Automation of Machinery Industry

WANG Tianyu

（North China University of Technology，  Shijiazhuang  Hebei  050031）

Abstract： In the context of the continuous advancement of modern science and technology， traditional industries have been further optimized and developed under the influence of high technology. Under the influence of this environment， the traditional industry of mechanical work has slowly carried out a large-scale technical reform of mechatronics. Because of the rapid development of electronic computer technology， electronic power technology， and sensor technology， mechatronics products in various countries continue to emerge. Motion control technology is an important part of mechatronics， and it has also achieved better development at present. The article focuses on the computer controller technology， the fully closed loop AC servo drive technology， the linear motor drive technology and the motion control card technology many symbolic new technologies， and then prospects for the future development direction.

Keywords：mechatronics; machinery industry automation; motion control technology